一種用手機藍牙控制開關及亮度的LED燈方案設計

摘 要： 隨著手機的便利性，越來越多的使用者傾向于通過手機來控制家庭電器開關。本文主要研究安卓智能手機通過藍牙通訊控制LED燈的方案可行性以及各個模塊的設計實現(xiàn)。通過在LED燈內部設計安裝藍牙模塊和智能手機應用的通訊，從而達到對LED燈進行開關及亮度控制的目的。

關鍵詞： 智能手機；藍牙通訊；LED燈

一、 前言

隨著手機的普及率提高，大多數(shù)成年人晚上睡覺前都有躺在床上看手機的習慣，對于床頭沒有吊燈開關的房間，需要下床去關燈很不方便，而直接用手機控制吊燈就比較方便。另外如果關了房間燈在黑暗中看手機，會因為手機強光直射眼睛，誘發(fā)嚴重的眼睛疾病或導致失明，因此保證適宜的環(huán)境亮度也是健康使用手機的關鍵。

綜合以上，采用手機實現(xiàn)房間燈的開關、亮度控制，從其實用性、便利性以及提高生活品質等方面已經成為未來的一個方向，另外采用高效的LED燈也為了環(huán)保節(jié)能；藍牙技術是一種短距離、低成本的通訊技術，對于本文描述的手機通過藍牙控制LED燈的場景應用具有普遍意義及實用性，且有利于最終產品的民用推廣。

二、 硬件設計

第一、 硬件由如下四部分組成：

1. 電源模塊，由兩節(jié)5號電池（1.5V）串聯(lián)而成，給整個系統(tǒng)提供3伏直流電；

2. 控制模塊，由一個單片機（MCU）及其外圍電路組成；其中單片機內部燒錄了程序軟件，可以通過通訊口解析下述藍牙模塊發(fā)來的命令；本項目使用STC的STC12LE5201AD單片機。該單片機指令完全兼容8051 CPU，SSOP20封裝，2.2V～3.6V供電，內置1KB程序空間，256B的RAM，有一路串口，有兩路PWM輸出；

3. SPP藍牙模塊，由一塊藍牙模塊組成，該模塊僅有4根接線，其中2根為3伏電源和地線，另外兩根是和控制模塊通訊用的數(shù)據(jù)線，通訊接口使用串口（UART）；

4. LED燈及驅動部分，由一顆高亮度LED燈及其電路構成；LED燈規(guī)格為3.0V，350mA，需要三極管放大電流再控制MOS管開關，LED_PWM0連接單片機的18腳。單片機輸出高電平則LED燈亮，低電平則LED燈滅；

第二、 系統(tǒng)實現(xiàn)原理

本發(fā)明是基于標準SPP藍牙模塊，該模塊的特點是手機連接藍牙后發(fā)送的命令完全透明，也即手機端發(fā)的任何信息都可以在模塊串口輸出，單片機通過串口和藍牙模塊溝通。其中手機端安裝一款通用的應用程序（APP），目前僅支持安卓手機下載，應用名稱為藍牙串口.APK；因此可以將開燈、關燈、亮度調整的數(shù)據(jù)通過藍牙發(fā)給單片機的串口，單片機通過軟件解析出串口的命令，并執(zhí)行相應的動作即可。

其中開燈、關燈控制，單片機相應輸出高電平、低電平即可，對應手機按鍵1、按鍵2；

亮度調整，手機應用采用第一個滑條控制，最左面為最暗，最右面為最亮；

單片機接收到上述串口命令后，會輸出一定頻率的脈寬可調整信號（PWM），為避免人眼感覺到燈光明顯得閃爍，開關頻率不宜過低，實際在10kHz以上。如果要求亮度高則高電平寬度增加，要求亮度低則高電平寬度減小，也即通過調整PWM的占空比來改變亮度。

三、 軟件設計

第一、 軟件串口協(xié)議規(guī)范：

開燈：按鍵1發(fā)送的命令，16進制數(shù)據(jù)為：A5 5A 04 B1 B5 AA；

關燈：按鍵2發(fā)送的命令，16進制數(shù)據(jù)為：A5 5A 04 B2 B6 AA；其中0×A5，0×5A為數(shù)據(jù)包頭，作為識別數(shù)據(jù)開始的標識；0×04表示后面數(shù)據(jù)長度為4字節(jié)；0×B1為命令字節(jié)，表示開燈；0×B5為校驗和，0×04+0×B1=0×B5，如果超過一字節(jié)則只保留一字節(jié)；0×AA為包尾，作為數(shù)據(jù)包結束的標志。

亮度調整，手機滑動條發(fā)送的命令，16進制數(shù)據(jù)格式為：A5 5A 05 F1 00 F6 AA，其中0×00 0×F6為可變項，是實際亮度信息。前面0×A5，0×5A仍然為數(shù)據(jù)包頭；0×05表示后面數(shù)據(jù)長度為5字節(jié)；0×F3為命令字節(jié)，表示調整亮度；第4字節(jié)是亮度信息，0×00表示最暗，0×FF表示最亮，亮度信息從0到0×FF共255級調整；0×F6為校驗和，0×05+0×F1+0×00=0×F6；0×AA為包尾。

第二、 軟件設計流程：

1. 開始、上電初始化

2. 串口接收命令，如果是開燈命令，單片機18腳常輸出高電平；

3. 如果是關燈命令，單片機18腳常輸出低電平；

4. 如果是亮度信息，單片機18腳輸出相應占空比的PWM信號；

程序代碼文中省略；

四、 項目創(chuàng)新及意義

本項目把家庭燈光的控制巧妙地和手機藍牙聯(lián)系起來，不僅能夠控制電燈的開、關，而且能夠調整燈光的亮度，其中把亮度分為0～255共256個等級，這樣細分的結果是每個人都可以個性化調整自己需要的亮度，能最大保證房間內的光線舒適性，不至于因為強光刺眼，或者光線太暗而影響視力。目前文獻及搜索到的資料顯示市面上僅有藍牙控制的開關，并沒有亮度調整功能。

五、 后期展望

目前本發(fā)明暫未接入220伏交流電，僅用3伏干電池控制LED燈作為演示。將來使用220伏交流供電以及大功率燈泡驅動后可以投入民用。

另外本發(fā)明僅控制單個LED燈的開關、亮度，后期可以采用紅色、綠色、藍色三色燈組合，三個燈分別控制。根據(jù)三基色原理，紅色+藍色=品紅，紅色+綠色=黃色，綠色+藍色=青色，紅色+綠色+藍色=白色，每個燈的亮度有255個狀態(tài)，可以組合出255×255×255≈1600萬種顏色，這樣每個人家里的燈都是獨一無二的顏色，既展現(xiàn)了個性又極具格調。

參考文獻：

[1]孫育才.MSC51系列單片微型計算機機器應用（第三版）[M].

[2]SPPCA藍牙模塊技術手冊.

[3]STC12LE5201AD單片機數(shù)據(jù)資料.

作者簡介：

胡進晗，甘肅省白銀市靖遠縣第一中學。endprint